運動控制(Motion Control)通常是指在復雜條件下將預定的控制方案、規劃指令轉變成期望的機械運動，實現機械運動精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉矩或力的控制。

運動控制器就是控制電動機的運行方式的專用控制器：比如電動機在由行程開關控制交流接觸器而實現電動機拖動物體向上運行達到指定位置后又向下運行，或者用時間繼電器控制電動機正反轉或轉一會停一會再轉一會再停。運動控制在機器人和數控機床的領域內的應用要比在專用機器中的應用更復雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制(GMC)。

1、運動控制系統的組成

1)一個運動控制器用以生成軌跡點(期望輸出)和閉合位置的反饋環。許多控制器也可以在內部閉合一個速度環。

2)一個驅動器或放大器用來將運動控制器的控制信號(通常是速度或扭矩信號)轉換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅動可以自身閉合位置環和速度環，以獲得更精確的控制。

3)一個執行器如液壓泵、氣缸、線性執行機構或電機用以輸出運動。

4)一個反饋傳感器如光電編碼器、旋轉變壓器或霍爾效應設備等用以反饋執行器的位置到位置控制器，以實現和位置控制環的閉合。

5)眾多機械部件用以將執行器的運動形式轉換為期望的運動形式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯軸器以及線性和旋轉軸承。

2、運動控制器原理

運動控制器執行著四個基本任務：傳送位置反饋碼;發出定位指令或運動波形;關閉位置回路和補償穩定度。在這四個任務當中，最基本的是傳送電動機位置信號和關閉位置回路。電動機位置的確定來自反饋信號，有時還有增量編碼器，以及同指令位置的比較信號。實際位置和指令位置之間的差值就是所謂的位置誤差。

控制器的任務是在無振蕩載荷的條件下將位置誤差減到最小程度。大多數情況下，這個任務可由比例微積塊或 PID的控制算法來完成。PID的輸出信號通過數字化模擬轉換器進入放大器和電動機。PID控制器算法的數學表達式：

其中，比例系數 KP與響應速度有關;KD提供穩定性和阻尼量;積分系數 KI則決定系統的精確度。調節這三個系數能使伺服系統調協到最佳系統響應狀態。

運動控制器還有產生波形的功能，它能產生與時間無關的位置函數與所要求的速度波形相對應。運動的基本要求可用總距離、轉換速度和加速度來表明。因為電動機的位置總是同指令位置一致，運動波形則控制著運動的路徑和速度，除了這些基本的任務以外，一臺先進的運動控制器還可以執行高層次的功能，例如主機的處理命令、任務排序、I 處理和誤差處理。這些特殊功能使控制器實現安全獨立的操作。

3、運動控制器工作原理

一個典型的運動控制系統主要由運動部件、傳動機構、執行機構驅動器和運動控制器構成，整個系統的運動指令由運動控制器給出，因此運動控制器是整個運動控制系統的靈魂。

目前的運動控制器至少有256個常規程序緩沖區，從而內存可以存儲多達256個運動程序。在已經有一個坐標系正在執行程序的情況下，另一個程序也可以在任何一個坐標系下運行。可同時執行的運動程序數目僅僅受已定義的坐標數目的限制。當運動程序在前臺有序地同步運行，運動控制器可以在后臺下運行多達32個異步PLC程序。這些程序完成一些可編程序邏輯控制器(PLC)的功能。

4、運動控制器的作用

運動控制器是用來實現機械運動精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉矩或力的控制。

運動控制器是一種電子設備，用于控制運動系統中的運動和位置。它可以接收來自傳感器的反饋信號，并輸出指令以控制運動執行器的運動和位置。

運動控制器的控制形式有很多類型，包括：

位置控制：控制執行器的位置，通常使用PID控制算法。

跟蹤控制：使執行器跟蹤給定的軌跡或曲線，通常使用模型預測控制(MPC)等高級控制算法。

力控制：根據外部力或力矩來控制執行器的運動。

扭矩控制：以扭矩為目標進行控制，通常用于機械臂等需要精確控制的應用。

速度控制：控制執行器的轉速或運動速度。

壓力控制：控制液壓系統中的壓力并調節執行器的運動。

電流控制：控制執行器的電流，通常用于直流電機控制。

運動控制器被廣泛應用于許多領域，尤其是在交流伺服和多軸控制系統中。它可以充分利用計算機資源，方便用戶實現運動路徑規劃，執行預定動作，實現高精度伺服控制。

按照使用動力源的不同，運動控制主要可分為以電動機作為動力源的電氣運動控制、以氣體和流體作為動力源的氣液控制和以燃料(煤、油等)作為動力源的熱機運動控制等。據資料統計，在所有動力源中，90%以上來自于電動機。電動機在現代化生產和生活中起著十分重要的作用，所以在這幾種運動控制中，電氣運動控制應用最為廣泛。

電氣運動控制是由電機拖動發展而來的，電力拖動或電氣傳動是以電動機為對象的控制系統的通稱。運動控制系統多種多樣，但從基本結構上看，一個典型的現代運動控制系統的硬件主要由上位機、運動控制器、功率驅動裝置、電動機、執行機構和運動控制器反饋檢測裝置等部分組成。其中的運動控制器是指以中央邏輯控制單元為核心、以傳感器為信號敏感元件、以電機或動力裝置和執行單元為控制對象的一種控制裝置。

5、運動控制器的控制形式

點位運動控制：即僅對終點位置有要求，與運動的中間過程即運動軌跡無關。相應的運動控制器要求具有快速的定位速度，在運動的加速段和減速段，采用不同的加減速控制策略。

在加速運動時，為了使系統能夠快速加速到設定速度，往往進步系統增益和加大加速度，在減速的末段采用s 曲線減速的控制策略。為了防止系統到位后震動，規劃到位后，又會適當減小系統的增益。所以，點位運動控制器往往具有在線可變控制參數和可變加減速曲線的能力。

連續軌跡運動控制：該控制又稱為輪廓控制，主要應用在傳統的數控系統、切割系統的運動輪廓控制。相應的運動控制器要解決的題目是如何使系統在高速運動的情況下，既要保證系統加工的輪廓精度，還要保證刀具沿輪廓運動時的切向速度的恒定。對小線段加工時，有多段程序預處理功能。

同步運動控制：是指多個軸之間的運動協調控制，可以是多個軸在運動全程中進行同步，也可以是在運動過程中的局部有速度同步，主要應用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的系統控制中。產業上有印染、印刷、造紙、軋鋼、同步剪切等行業。相應的運動控制器的控制算法常采用自適應前饋控制，通過自動調節控制量的幅值和相位，來保證在輸進端加一個與干擾幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制周期干擾，保證系統的同步控制。

總結，運動控制器的應用已經遍及眾多領域，特別是在交流伺服和多軸控制系統中。它能夠充分利用計算機資源，方便地幫助用戶實現運動軌跡規劃、完成既定運動和高精度的伺服控制。運動控制技術將不斷和交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術等相結合，促使我國機電一體化技術不斷進步。